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여러분이 룸 어쿠스틱 혹은 방음 부스와 시공을 알아보신 적이 있다면 STC라는 용어를 한 번쯤은 들어보셨을 거예요
STC는 Sound Transmission Class의 약자이며 공기 전파음에 대한 벽체의 차음 성능을 표시하는 값으로 정의내릴 수 있습니다.
(꼭 벽체만 해당되는 것이 아니라 공간의 경계가 될 수 있는 문 또는 천장과 바닥까지도 포함될 수 있겠습니다.)
기본적으로 어떠한 공간 A와 B를 나누는 경계벽이 있다고 할 때, 우리는 소리(공기 전파음)가 얼마나 덜 투과되는지를 측정할 수 있습니다.
그리고 이를 투과 손실, TL(Transmission Loss)이라 부릅니다.
위 예시의 경우 단순하게 생각해서 TL = 40dB 인 셈입니다. (80dB 에서 40dB가 줄어들었으니까요!)
그러면 여기서 의문이 또 한 가지 생깁니다.
벽체는 모든 주파수에 대해서 차음 성능이 동일할까요?
위 그림처럼 모든 주파수에서 차음 성능(투과 손실, TL)이 동일할 수 있다면 소음에 대한 방지 대책 및 전략이 사뭇 달라졌을지도 모르겠습니다만,
현실은 그렇지 않습니다.
STC값을 얻어내기 위해 투과 손실을 측정할 땐 125Hz부터 1/3옥타브 간격(한 옥타브당 3개의 주파수)으로 4kHz까지 총 16개의 주파수에서 측정을 실시합니다.
이 그래프는 보편적인 단일 벽체의 투과 손실을 간략하게 나타낸 것입니다.
이러한 단일 벽체에서는 투과 손실이 크게 세 가지 주파수 구간에서 각각 다른 양상으로 일어납니다.
1.강성 제어 + 공진 영역
첫 번째로, 벽체의 강성(딱딱한 정도)에 의해 제어되는 영역입니다.
특히 저주파수 중 특정 주파수 대역에서는 소음과 벽체가 함께 공진하기 때문에, 이로 인해 투과 손실이 현저히 낮아집니다.
(특정 주파수 대역에 대해서는 벽체가 마치 북과 같은 타악기처럼 동작합니다.)
2.질량 제어 영역
두번째 구간에선 투과 손실이 주파수에 비례해 한 옥타브당 약 6dB씩 증가합니다.
이 영역은 이름 그대로 질량에 의해 차음 성능이 결정되는 영역입니다.
그래서 재미있는 것이, 차음벽의 밀도 또는 주파수 둘 중 하나만 두 배가 되어도 투과 손실이 6dB 증가합니다.
즉 벽체의 밀도와 차음 성능이 직결되는 영역이라고 볼 수 있습니다.
3.일치 효과 영역
(여기는 조금 어렵습니다. 어렵다면, 그냥 그렇구나~ 하고 넘어가주셔도 됩니다.)
음파가 입사하면 벽체는 미세하게 굴곡 운동을 하게되고 음파 또한 차음 벽체에 수직 방향으로만 입사하지는 않습니다.
이때 특정 입사각에서 벽체의 굴곡과 음파의 소밀(뭉쳐 있거나 흩어져 있는 정도)이 일치할 경우 이 또한 1번 강성 제어 영역 + 공진 영역에서 말씀드린 것과 같이 일종의 공진 상태가 되어 해당 음파를 거의 손실 없이 그대로 투과해버리는데요, 이것이 일치효과 입니다.
그래서 결과적으로 질량 제어 영역 이후 특정 주파수 위 고주파수에서는 투과손실이 다시 감소하는 대역이 생기게 됩니다.
STC Rating
이제 이러한 것을 고려해서 벽체 또는 문 등의 차음 성능을 어떻게 STC 등급으로 나타낼 수 있는지, 그 계산 방법을 알아봅시다.
위 이미지 상 검은색 그래프가 바로 STC Contour 입니다.
이는 구조체의 음향 차단 능력에 대한 표준 ASTM(미국 재료 시험 협회) E413 을 통해 제공됩니다.
계산 방법은 크게 두 단 계로 이뤄져있습니다.
첫 번째.
각 측정 주파수에서의 TL 측정값을 임의의 STC Contour와 비교하여 그 차를 기록합니다.
그리고 그 모든 차의 합이 32dB를 넘지 않아야합니다.
측정 주파수가 총 16개 포인트이므로 – 단순화하면 각 측정주파수에서 2dB의 TL 손해 까지는 허용해주겠다는 의미입니다.
위 그래프에서는 한 눈에 봐도 각 주파수에서의 차가 2dB를 훌쩍 넘으며 총합 또한 32dB를 훌쩍 넘습니다.
이럴 경우 아래와 같이
STC Contour를 하향시켜 다시 계산할 수 있습니다.
이렇게 계산했더니 각 주파수에서의 차가 32dB 이내로 들어옵니다.
그렇다면 이것이 바로 해당 차음벽의 차음 성능을 나타내는 STC Contour가 됩니다.
그런데 두 번째 조건이 또 있습니다.
만약 앞선 그래프처럼 벽체의 투과 손실이 주파수별로 비교적 평탄하게 측정되어 딱 비슷하게 일치하는 STC Contour를 찾을 수 있다면 그대로 계산하면 되지만
위 그래프처럼 일치효과 혹은 여타 다른 이유로 인해 몇몇 주파수 구간에서 투과 손실이 급격히 저하되었다고 가정합시다.
그랬을때 단 한 주파수에서라도 그 차가 8dB를 넘기면 안 됩니다.
위 차음재는 그걸 훌쩍 넘겨버렸기 때문에 또다시 STC Contour 레벨의 조정이 필요합니다.
그리하여 그 폭이 8dB 이내가 될 때까지 이렇게 다시 낮추면
우리는 비로소 이 벽체의 STC 등급을 얻어낼 준비를 마쳤습니다.
마지막 규칙입니다.
이렇게 해서 얻어진 STC Conotur 상 500Hz 의 기록값이 곧 해당 벽체의 STC 등급이됩니다.
이 벽체의 경우 STC 등급은 30dB가 되겠네요!
따라오시느라 고생하셨습니다!!
그럼 마지막으로.. 이런 의문을 던져볼 수 있습니다.
STC 등급이 같다면 차음 성능이 같을까요?
당연히, 그렇지 않습니다.
이 그래프는 동일한 STC 등급을 받은 두 차음벽의 투과 손실 측정 그래프를 겹쳐놓은 자료입니다.
계산 방법에 의해 동일한 STC 등급을 부여받았지만 빨간색으로 표시한 영역은 A 차음벽이, 파란색으로 표시한 영역은 B 차음벽이 유리합니다.
조금 더 현실적으로 와닿을 수 있게 비교해봅시다.
음악은 대부분 핑크 스펙트럼과 유사한 커브를 가질 때 평탄한 밸런스로 들립니다. (핑크, 화이트 스펙트럼에 대해서도 다음에 따로 다룰 수 있으면 좋겠습니다.)
이를 통해 우리는 음원 소스 내에서 주파수 대역별 밸런스를 고려했을 때, 저음 성분의 비율이 훨씬 크다는 것을 알 수 있습니다.
그래서 음악 감상을 위한 차음벽으로는 저음에서 투과 손실이 급격히 하락하는 A 보다는, 저음에서도 투과 손실을 제법 유지하는 B가 더 적합하다고 판단해볼 수 있겠습니다.
일반적인 사람 목소리, 음성의 경우는 어떨까요?
사람 목소리의 주파수 대역별 에너지 분포입니다.
큰 소리를 내는 상황들을 제외하고, 일상적인 볼륨에서의 주파수 대역 분포를 보면.. 주로 약 250~800Hz 이내의 범위에서 소리 크기가 가장 크게 분포하는 것을 확인할 수 있습니다.
그렇다면..
이 경우엔 당연히 B 보다는 250~1kHz 부근의 성능이 뛰어난 A 차음벽이 더 효과적인 해결책이 될 수 있을 것입니다.
마치며,
STC는 음악가 또는 음악 애호가들이 전용 공간을 꿈꾸다보면 한 번쯤은 듣게 되는 용어입니다.
이번 글을 통해 투과 손실과 STC 등급이 조금 더 친숙해지셨나요?
셀프 시공을 위해 자재와 설계를 고민하신다면 방음문과 차음석고보드 회사에서 내어놓은 시험 성적서를 꼭 살펴보시어 용도와 예산에 맞는 최적화된 선택을 하실 수 있기를 바랍니다!
이상입니다.
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